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【摘 要】无刷励磁是汽轮发电机的一种特殊励磁方式，它的设计非常的复杂，并且它具有特殊的结构和功能。作为无刷励磁机的重要组成部分，旋转整流器将交流励磁机发出的交流电转化为直流电，供励磁机使用，进而实现同步电机的无刷励磁。本文首先阐述了旋转整流器结构设计的特点，并重点针对旋转熔断器、二极管、吸收电容以及其他元件在无刷励磁设计中的应用进行总结的分析。
【关键词】无刷励磁机 旋转整流元件 二极管
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―481―01
就目前而言，交流励磁机励磁、直流励磁机励磁、静止励磁、无刷励磁等励磁方式都是汽轮发电机的一般方式。随着我国社会经济的飞速发展，我国电力市场也获得了长足的发展，静止励磁方式以其独特的优势被广泛的应用于电力系统中去。然而无刷励磁的主要特点是没有碳刷的维护，不会因为碳刷火花而引起周围环境中易燃气体发生事故，比较适用于在一些矿山、化工以及对环保要求比较高的场合使用。其优点在于它具有运行可靠性比较高，不会产生由铜末和碳粉等引起的绝缘部件或者电机线圈绝缘的污染。
1.旋转整流器的结构设计
无刷励磁是一种特殊的励磁方式，由于功能的特殊性，它在设计中也有自己的设计特点。励磁机要在它的转子上将三相交流电源转变成直流电，进而引入发电机转子，实现励磁电压的检测等方面的功能。要实现这些过程，需要无刷励磁机做很多的工作，这就要使得无刷励磁机的设计结构变得非常复杂[1]。再加上无刷励磁机转子与发电机转子一起进行高速旋转，因此对于励磁机转子结构的强度要求也很高。与一般的整流元件不同，旋转整流元件应用在无刷励磁机中，需要适应其机械结构和机械强度以及电气等各个方面的要求，常用的整流元件有熔断器、滤波电容、以及旋转整流二极管。无刷励磁机转子结构图如下图图1所示。
图1 无刷励磁机转子结构图
1.联轴器2.接地探测环3.整流环4.相引线5.电枢6.转轴7.永磁机转子8.测速齿轮
2. 无刷励磁机设计对旋转整流元件的应用
2.1.旋转熔断器在无刷励磁设计中的应用
熔断器应用在旋转二极管两侧的电容吸收回路中，其主要目的是为避免并联在二极管两端的电容器发生击穿而引起的整流回路发生短路，在电容器被击穿时，熔断器发生熔断，以保证二极管的正常运行，不至于使系统造成较大的故障损失。熔断器根据其保护旋转二极管的目的，在对其进行选择的时候，一般首先要要确定二极管的平均电流，然后在将有效值，也就是平均值的1.57倍计算出来，并根据这个数值对熔断器的电流值进行计算[2]。不过在实际的设定中要将二极管的平均电流有效值设置的比理论值低一点，这样可以对系统起到一定的保护作用。
2.2.旋转整流二极管在无刷励磁设计中的应用
大容量或者有特殊要求的汽轮发电机都需要比较大的励磁电流，这就决定了需要较多数量和较大体积的二级管，因此，正确的选择合适的旋转二极管、游湖整流环的结构布置对汽轮发电机的励磁电压和励磁电流的正常运行具有重要意义[3]。第一步要进行旋转二极管结构的选择，然后才能进行旋转整流器的设计；第二步要进行旋转二极管电气参数，如反向峰值电压以及正向平均电流等的确定。在进行二极管平均电流的确定的时候，要考虑发电机强励和容量裕度的要求，二极管的损坏退出运行对励磁机正常运行的影响，以及三相不平衡系数等。三相不平衡系数确定的基本计算公式为：
其中a表示的是并联支路数，b表示的是退出运行的故障支路数，此值根据无刷励磁机整流电路的结构和技术条件进行确定，m表示的是电枢的相数，n表示的是每一支上并联的二极管数， 表示的是每一个二极管的平均电流， 表示的是发电机强励时励磁电流，1.25为不平衡系数。
在旋转整流器的二极管并联之路比较多的情况下，要对二极管进行分流，但是由于从结构上来说，励磁机比较紧凑，很难实现，因此需要借助于元件的通态V-A的特性[4]。如果在电压处于断态的前提下，断态、通态以及反向恢复的特性满足达到通态特性的一致性，此时就不需要其他的均流措施。
2.3.吸收电容在无刷励磁设计中的应用
聚酰亚胺薄膜介质与聚酯介质、聚四氟乙烯介质以及云母介质等相比具有体积小、重量轻、损耗小等优点，将它应用在二极管的两端能够有效的减小电容的体积，选择合理可靠的电极结构，适合在比较高的温度环境下工作，并且还能满足高速旋转的要求[5]。聚砜薄膜是最好用的薄膜介质，但是其成本比较高，并且应用技术水平还不够成熟。
另外还有过电压保护，系统在工作状态下会对旋转二极管产生扰动产生过电压或者高次谐波分量，在二极管两端安装电容滤波能够对二极管起到过电压保护作用[6]。
2.4.旋转整流其他元件在无刷励磁设计中的应用
旋流器整流元件在运行和导通的过程中肯定会产生一定的功率损耗，这是由其自身的结构特点决定的，这种功率损耗最终会议热量的形式表现出来，这些热量会对系统的运行产生不利的影响，因此必须要通过一定的方式将热量散发出去，避免由于热量的产生而对整流元件产生阻断特性恶化的现象，由此可见，合理的选择适合的散热器是必要的[7]。另外配套的紧固件以及绝缘件等在发电机额定转速下旋转，其机械性能也必须符合系统对离心力的要求。
3.总结语
无刷励磁技术是一种具有自身特殊设计特点的励磁方式，它要在励磁机的转子上实现三相交流电源的产生以及交流电源变为直流电源的整流过程。无刷励磁技术彻底解决了同步气流发电机励磁电流太高而引起的一系列问题，为发电机组的长期、稳定、连续运行提供了可靠保障。到目前为止，随着电力系统的发展和进步，越来越多的无刷励磁机发电机组被应用到电力系统中去，其中旋转整流元件的应用是无刷励磁系统中非常重要的环节，在系统的运行中要确保其工作的正常状态。
参考文献：
[1].梁杉，刘念，岳良顺.基于小波神经网络的无刷同步发电机旋转整流器故障诊断研究[J].四川电力技术.2008（03）：111-112
[2].朱晓瑾.旋转二极管故障检测新技术在无刷励磁机上的应用分析[D].浙江大学.2011（05）：19-20
[3].杨小平.无刷励磁凸极同步电动机的性能分析与计算[D].华中科技大学.2012（01）：74-75
[4].马铁军，张端阳，王茂，王文瀚，侯峰.MICRORECK4.1励磁调节器“看门狗”故障原因分析及处理[J].大电机技术.2010（02）：65-67
[5].王佼.无刷励磁同步发电机转子一点接地保护的研究[D].华北电力大学.2012（03）：101-102
[6].朱姝姝；刘闯；宁银行；徐瑜.一种切向/径向混合励磁无刷同步发电机系统[J].电工技术学报.2013（03）：99-100
[7].郝亮亮，王善铭，邱阿瑞，刘为群，吴龙，牟伟.多相无刷励磁系统励磁机定子电流谐波特性[J].清华大学学报（自然科学版）.2011（01）：140-142
【关键词】无刷励磁机 旋转整流元件 二极管
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―481―01
就目前而言，交流励磁机励磁、直流励磁机励磁、静止励磁、无刷励磁等励磁方式都是汽轮发电机的一般方式。随着我国社会经济的飞速发展，我国电力市场也获得了长足的发展，静止励磁方式以其独特的优势被广泛的应用于电力系统中去。然而无刷励磁的主要特点是没有碳刷的维护，不会因为碳刷火花而引起周围环境中易燃气体发生事故，比较适用于在一些矿山、化工以及对环保要求比较高的场合使用。其优点在于它具有运行可靠性比较高，不会产生由铜末和碳粉等引起的绝缘部件或者电机线圈绝缘的污染。
1.旋转整流器的结构设计
无刷励磁是一种特殊的励磁方式，由于功能的特殊性，它在设计中也有自己的设计特点。励磁机要在它的转子上将三相交流电源转变成直流电，进而引入发电机转子，实现励磁电压的检测等方面的功能。要实现这些过程，需要无刷励磁机做很多的工作，这就要使得无刷励磁机的设计结构变得非常复杂[1]。再加上无刷励磁机转子与发电机转子一起进行高速旋转，因此对于励磁机转子结构的强度要求也很高。与一般的整流元件不同，旋转整流元件应用在无刷励磁机中，需要适应其机械结构和机械强度以及电气等各个方面的要求，常用的整流元件有熔断器、滤波电容、以及旋转整流二极管。无刷励磁机转子结构图如下图图1所示。
图1 无刷励磁机转子结构图
1.联轴器2.接地探测环3.整流环4.相引线5.电枢6.转轴7.永磁机转子8.测速齿轮
2. 无刷励磁机设计对旋转整流元件的应用
2.1.旋转熔断器在无刷励磁设计中的应用
熔断器应用在旋转二极管两侧的电容吸收回路中，其主要目的是为避免并联在二极管两端的电容器发生击穿而引起的整流回路发生短路，在电容器被击穿时，熔断器发生熔断，以保证二极管的正常运行，不至于使系统造成较大的故障损失。熔断器根据其保护旋转二极管的目的，在对其进行选择的时候，一般首先要要确定二极管的平均电流，然后在将有效值，也就是平均值的1.57倍计算出来，并根据这个数值对熔断器的电流值进行计算[2]。不过在实际的设定中要将二极管的平均电流有效值设置的比理论值低一点，这样可以对系统起到一定的保护作用。
2.2.旋转整流二极管在无刷励磁设计中的应用
大容量或者有特殊要求的汽轮发电机都需要比较大的励磁电流，这就决定了需要较多数量和较大体积的二级管，因此，正确的选择合适的旋转二极管、游湖整流环的结构布置对汽轮发电机的励磁电压和励磁电流的正常运行具有重要意义[3]。第一步要进行旋转二极管结构的选择，然后才能进行旋转整流器的设计；第二步要进行旋转二极管电气参数，如反向峰值电压以及正向平均电流等的确定。在进行二极管平均电流的确定的时候，要考虑发电机强励和容量裕度的要求，二极管的损坏退出运行对励磁机正常运行的影响，以及三相不平衡系数等。三相不平衡系数确定的基本计算公式为：
其中a表示的是并联支路数，b表示的是退出运行的故障支路数，此值根据无刷励磁机整流电路的结构和技术条件进行确定，m表示的是电枢的相数，n表示的是每一支上并联的二极管数， 表示的是每一个二极管的平均电流， 表示的是发电机强励时励磁电流，1.25为不平衡系数。
在旋转整流器的二极管并联之路比较多的情况下，要对二极管进行分流，但是由于从结构上来说，励磁机比较紧凑，很难实现，因此需要借助于元件的通态V-A的特性[4]。如果在电压处于断态的前提下，断态、通态以及反向恢复的特性满足达到通态特性的一致性，此时就不需要其他的均流措施。
2.3.吸收电容在无刷励磁设计中的应用
聚酰亚胺薄膜介质与聚酯介质、聚四氟乙烯介质以及云母介质等相比具有体积小、重量轻、损耗小等优点，将它应用在二极管的两端能够有效的减小电容的体积，选择合理可靠的电极结构，适合在比较高的温度环境下工作，并且还能满足高速旋转的要求[5]。聚砜薄膜是最好用的薄膜介质，但是其成本比较高，并且应用技术水平还不够成熟。
另外还有过电压保护，系统在工作状态下会对旋转二极管产生扰动产生过电压或者高次谐波分量，在二极管两端安装电容滤波能够对二极管起到过电压保护作用[6]。
2.4.旋转整流其他元件在无刷励磁设计中的应用
旋流器整流元件在运行和导通的过程中肯定会产生一定的功率损耗，这是由其自身的结构特点决定的，这种功率损耗最终会议热量的形式表现出来，这些热量会对系统的运行产生不利的影响，因此必须要通过一定的方式将热量散发出去，避免由于热量的产生而对整流元件产生阻断特性恶化的现象，由此可见，合理的选择适合的散热器是必要的[7]。另外配套的紧固件以及绝缘件等在发电机额定转速下旋转，其机械性能也必须符合系统对离心力的要求。
3.总结语
无刷励磁技术是一种具有自身特殊设计特点的励磁方式，它要在励磁机的转子上实现三相交流电源的产生以及交流电源变为直流电源的整流过程。无刷励磁技术彻底解决了同步气流发电机励磁电流太高而引起的一系列问题，为发电机组的长期、稳定、连续运行提供了可靠保障。到目前为止，随着电力系统的发展和进步，越来越多的无刷励磁机发电机组被应用到电力系统中去，其中旋转整流元件的应用是无刷励磁系统中非常重要的环节，在系统的运行中要确保其工作的正常状态。
参考文献：
[1].梁杉，刘念，岳良顺.基于小波神经网络的无刷同步发电机旋转整流器故障诊断研究[J].四川电力技术.2008（03）：111-112
[2].朱晓瑾.旋转二极管故障检测新技术在无刷励磁机上的应用分析[D].浙江大学.2011（05）：19-20
[3].杨小平.无刷励磁凸极同步电动机的性能分析与计算[D].华中科技大学.2012（01）：74-75
[4].马铁军，张端阳，王茂，王文瀚，侯峰.MICRORECK4.1励磁调节器“看门狗”故障原因分析及处理[J].大电机技术.2010（02）：65-67
[5].王佼.无刷励磁同步发电机转子一点接地保护的研究[D].华北电力大学.2012（03）：101-102
[6].朱姝姝；刘闯；宁银行；徐瑜.一种切向/径向混合励磁无刷同步发电机系统[J].电工技术学报.2013（03）：99-100
[7].郝亮亮，王善铭，邱阿瑞，刘为群，吴龙，牟伟.多相无刷励磁系统励磁机定子电流谐波特性[J].清华大学学报（自然科学版）.2011（01）：140-142